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要約

本研究は、ウェアラブル デバイスによってのみ達成左右逆オーディションへの適応を検討するプロトコルを提案するニューロ イメージングを使用して、新規の環境に人間の適応性の覆いを取るための効果的なツールをすることができますが、聴覚のドメイン。

要約

異常な感覚空間は、新しい環境への人間の適応機構を明らかにするための効果的なツールの 1 つです。従来の研究のほとんどは、視覚による知覚異常な空間を達成するためにプリズムで楽しめるとっておきの眼鏡を使用している、異常な聴覚の空間への適応を研究するための方法論がまだ完全に確立します。本研究は、ニューロ イメージングの助けを借りてオーディションを逆に左から右への適応を研究してセットアップ、新しいプロトコルの検証、およびウェアラブル デバイスのみを使用して左右逆ステレオ システムを使用して提案します。構築された装置が聴覚と相まって 360 ° 音源定位における高性能を発揮する個々 の音響特性がまだ実装されていない、unreversed の音のわずかな波及は比較的制御遅延の少ない特性です。また、携帯音楽プレイヤーのように見える、好奇心をそそるか、または他の人の注意を引くことがなく毎日の生活に集中する参加者を有効にします。このプロトコルが左右逆オーディションへの適応を研究するための有望な方法論を提供しますのための効果的なツールであることを締結ですので適応の効果は知覚や行動、神経レベルで正常に検出された、人間聴覚ドメインの新しい環境への適応性を暴きます。

概要

新しい環境への適応性は、どんな状況でも力強く生きる人間にとって基本的な機能の 1 つです。人間の環境適応機構の解明のための 1 つの効果的なツールは、装置によって人工的に作り出される異常な感覚の空間です。このトピックを扱う以前の研究の大部分は、プリズムの特別なめがねは、上下または左右逆ビジョン1,2,3,4,5を達成するために使用されています。逆ビジョン6,7。さらに、数日から 1 ヶ月以上このようなビジョンへの暴露は、知覚と行動の適応1,2,3,4,5,を明らかにしました。6,7 (例えば自転車2,5,7に乗る機能)。また、定期的に脳波 (EEG)1、脳磁図 (MEG)3、機能的磁気共鳴画像 (fMRI)2などのニューロ イメージング技術を使用して脳の活動の測定 4,5,7が適応 (例えば、一方的な視覚刺激4,の二国間の視覚的活性の基になる神経活動の変化を検出5). プリズム逆ビジョンがなく正確な三次元 (3 D) 視覚情報を提供します参加者の外観が多少変になる、オブザーバー参加者の安全性を維持するために細心の注意が必要ですが、ウェアラブルな遅延。したがって、visual ドメインに比較的環境適応のメカニズムの覆いを取るための方法論を設立します。

1879 年には、トンプソンは、pseudophone、「空間の音響知覚で作り出す幻想によるバイノーラル試聴の法律を調査するため楽器」8の概念を提案しました。ただし、視覚の場合1,2,では、4、5,6,7が3,と対照をなしていくつかの試みになされた珍しいへの適応を研究聴覚スペースおよび顕著な知識まで得られています。仮想聴覚ディスプレイ9,10の開発の長い歴史にもかかわらず 3 D オーディションを制御するためのウェアラブル装置を開発されているほとんど。したがって、のみいくつかのレポートは左右逆オーディションへの適応を検討しました。1 つの伝統的な装置の組から成ります曲面交差が参加者の耳の三半規管で挿入されるトランペット、反して方法11,12。1928 年に、若い最初報告これらの使用トランペットを交差、せいぜい 3 日間それらを着て継続的にまたは左右逆オーディションへの適応をテストする 85 h の合計。ウィリーら12日、それぞれ、3、7、および 8 のトランペットを着て 3 名の参加者で適応を再テスト。湾曲したトランペット簡単に左右逆オーディションですが奇妙な外観、着心地の良さ、空間精度の信頼性問題があった。逆のオーディションのためのより高度な装置は頭/イヤホンとマイクの左と右の線に接続された反対13,14電子システムです。大坪ら13は、最初今まで両耳ヘッドフォン-マイクロ フォンを用いた固定アンプに接続され、その性能を評価する聴覚の逆転を達成しました。最近では、ホフマンら14完了カナル補聴器を架橋し、それぞれ 3 日と 3 週間で 49 h のエイズを着ていた 2 人の参加者で適応をテストします。ただし、これらの研究は、フロント聴覚における音源定位の高パフォーマンスを報告している、面貌と電気機器の潜在的な遅延音源定位決して評価されています。ホフマンらを中心に」研究、未知の omniazimuth のパフォーマンスを示唆ヘッド無料状態でフロント 150 °、フロント ヘッド固定状態で 60 度の補聴器の空間パフォーマンスが保証されていた。さらに、暴露期間は逆ビジョン2,4、5の長い場合と比較して適応に関連する現象を検出するには短すぎるかもしれません。これらの研究のどれもは、ニューロ イメージング技術を使用して脳の活動を測定しました。したがって、時空間精度、短い暴露期間およびニューロ イメージングの使用率の不確実性には、左右逆のオーディション レポートの数が少ないと適応に関する知識の限られた量のための原因が考えられます。

ウェアラブルの音響技術の最近の進歩のおかげで右から左の構築に成功した青山・栗木15逆に最近利用可能になったし、omniazimuth システムの高を達成だけウェアラブル デバイスを使用して 3 D のオーディション時空間精度。また、装置を用いて逆オーディションに露出で約 1 ヶ月展示メグ測定のためのいくつかの代表的な結果です。このレポートに基づいてを説明するこの記事でを設定する、詳細なプロトコルを検証し、システムを使用、ニューロ イメージング システムがなくても定期的に実行されるの助けを借りてオーディションを逆に左から右への適応をテストします。このアプローチは、聴覚のドメインで新しい環境に人間の適応性を暴くに効果的です。

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プロトコル

ここで説明したすべてのメソッドは、東京電機大学の倫理委員会によって承認されています。すべての参加者参加者は、プロトコルの詳細な説明を受けた後、インフォームド コンセントが得られました。

1. 左から右のセットアップを逆にオーディション システム

  1. 参加者なし逆オーディション システムのセットアップ
    1. 線形パルス コード変調 (LPCM) レコーダー、バイノーラル マイク、および両耳イヤホンを準備します。
    2. 左右逆のアナログ音声信号をデジタル化して、マイクの左と右の線を LPCM レコーダーに不機嫌接続します。また、逆のディジタル信号が再生されますすぐに、ストレートスルーのイヤホンの左と右の線をレコーダーに接続します。
      注: 場合両耳イヤホンとして両耳イヤホン マイクを採用し、マイク部分を通過音の流出を減らすためにイヤホン部分を使用しないでください。
    3. サウンドの防材によってマイクと一緒にわずかな分離とそれぞれの耳用のイヤフォンの遺体を入れ、風切り音を抑制するための専用のフロント ガラスとマイクをカバーします。
    4. LPCM レコーダーに充電式電池、大容量高速メモリ カードを挿入し、それをオンに。条件を設定記録正しくように音響信号が 24 ビット深度で 96 kHz のサンプリング レートで LPCM 形式としてメモリー カードに記録されています。
    5. ポケット サイズの袋の中に、システムの本体を配置します。
  2. 参加者と逆のオーディション システムのセットアップ
    1. 耳の三半規管にしっかりと逆のオーディション システムのイヤホンを挿入する参加者に指示します。
    2. 左と右のマイクの線を外し、レコーダーにマイクを通してストレートの優位耳側を接続します。
    3. 離陸と直通の主観的な音の大きさを (通常) ようにレコーダーのサウンドのボリュームを調整しながら繰り返しシステムの優位耳側に置く参加者に指示し、間接 (反転) (できるだけ) 等しいですね。
    4. 同様に、非支配的な耳の音の大きさをチェックし、システムのラインは再びすべてを接続します。
    5. 参加者のポケットにシステムを設置、繁雑からそれらを防ぐために参加者の服のコードを適切に修正し、不要なノイズを拾います。

2. 左右の検証逆オーディション システム

メモ: は、左右反転への適応を勉強して実験に関係なく、左右逆のオーディション システムの検証には、次の手順を実行します。

  1. 逆オーディション システムの音源の検証
    1. 検索の最初の方向は、無響音室の中央に 0 ° として定義デジタル アングル分度器とこの点と仮想の円に沿って 2 メートルの半径を中心とした仮想円を想定して、すべて-180 ° から 5 ° で 175 ° で 72 可能な音源をマーク、 時計回りに方法とこれらの点を円の中心に向けてで平面波スピーカーをセット。
    2. デジタル分度器の表示を記録するビデオ カメラ近くの部屋の中心を設定します。
      注: 分度器の表示は、分度器の体と一緒に移動、ので、ビデオのビューのフィールドがすべての可能な区域をカバーするのに十分な大きさはずです。また、参加者の座っている位置と音のプレゼンテーションを邪魔するためにビデオカメラを慎重に配置する必要があります。
    3. 2 つのセッション音源定位のための準備: 最初のセッションでは、参加者は逆オーディション システムに置かれなかった。2 番目のセッションで、参加者が装置に置くし、それをキャリブレーション (1.2 の手順で説明) としてシステムをできるだけ早く確認します。
    4. 座る参加者をガイドし、0 ° のソースを音し、実験を開始するを待つサークル向きの中心に目隠し。
    5. 音源の 2 つのセッションを実施します。両方のセッションで参加者を使用している知覚のサウンド方向を示す分度器頭を動かさずにできるだけ正確に。
    6. 各セッションのビデオ録画、分度器と 65 dB の音圧レベル (SPL) サウンド ソースのいずれかからで現在の 1000 Hz の音の角度の表示を開始: 1 つの場所で音がランダムにすべての 10 別の場所で、そのサウンドに切り替えてそのような s、それぞれの場所が一度使用されている方法です。
      注: ここでは、心理ツールボックス16,17,18MATLAB を使用します。このツールボックスは、音を提示する一般的使用されますが、任意の信頼性の高い刺激のソフトウェアも使用できます。
    7. 各セッションの後のビデオ録画を停止し、十分な時間のための休憩を取るよう、参加者に指示します。
    8. 録画したビデオから分度器に表示される個々 の試験知覚角度を読むし、通常と逆の条件に対する物理的に知覚の角度を比較することによって逆のオーディション システムの空間性能を評価音源の方向によって定義された角度。
  2. 逆オーディション システムの遅延の検証
    1. ない参加者と静かな部屋で机の上逆オーディション システムを置きます。
    2. 左のマイクに回線を切断し、平面波スピーカーと左のイヤホンを右のマイクにできるだけ近くに配置。
    3. 右のマイクを通してスピーカーから直接 (通常) の音と左のイヤホンから間接 (逆) 音を同時に録音を開始します。
    4. 現在 1 ms 65 dB SPL で適度な刺激間間隔でスピーカーからの音をクリックします。
    5. 十分な試験の後、提示し、音を記録を停止します。
    6. システムの対称的な構成を確認するために、イヤホンの右と左のマイクを使用して上記の同じ手順を繰り返します。
    7. (例えばMATLAB) ソフトウェアを使用して記録されたサウンド データを読み取り、通過時間による潜在的な遅延に対応する直接の (通常の) 音の発症のタイミングと間接 (逆) の音の違いを評価システムの電気パス。

3. 左から右への適応を勉強して逆にオーディション

  1. 逆オーディションへの暴露の手順
    1. いつでも露出を終了する彼らの権利の繰り返し参加者を思い出させます。
      メモ: は、参加者が病気を報告した場合、またはオブザーバー参加者が何らかの理由で露出を終了すると、任意の記号をお知らせ露出をできるだけ早く停止します。
    2. 予備の充電式電池と、いつでもそれらを交換する参加者を許可するように大容量高速メモリ カードに十分な数を準備します。
    3. 1.2 の手順で説明したように着用、キャリブレーション、および暴露期間中に自ら逆オーディション システムをチェックするように参加者に指示します。参加者は各中断の後システムを着ているたびに同じ手順を実行します。
    4. 着用しながらシステム継続的に約一ヶ月、除く睡眠、入浴、ニューロ イメージング、および他の緊急時、日常生活活動を実行するように参加者に指示します。これらの場合、システムを削除し、すぐに適応の回復を防ぐために彼らの耳に耳栓を挿入する参加者に依頼します。
      注: すべての昼と夜システムを着用する参加者に最適ですが、強くお勧めシステムは寝室やそれぞれ予期しない大きな音と電気ショックを防ぐために入浴中着用しないこと。
    5. 電池と電池切れやメモリの過剰の前に日常的にメモリ ・ カードをそれぞれ取り付けます。システムを削除し、任意のサウンドを生成せずサイレントか所ですばやく耳栓置き換えます。
    6. 参加者が外で、ドライブを移動する必要がある場合、車の中参加者は移動すると、参加者に同行または単独で行為の交通機関の安全な手段を使用するように依頼します。
      注: 細心の注意する必要があります露出期間中に参加者の安全を危険にさらすために研究者が特にとき参加者外に出る。その危険な動作を実行することから、参加者を禁止します。
    7. 3 D ビデオを再生ゲーム、可能な限りのや適応を促進するためにショッピング モールやキャンパス、2 つ以上の人と会話することで歩行などの高い聴覚入力した状況を体験する参加者を指示します。
    8. 日記をつけるまたはオブザーバーとして頻繁に知覚と行動の変化、経験豊富なイベント、および参加者に気づくことについてできるだけ主観的な報告を提供する参加者に指示します。
    9. ターゲット暴露期間後逆オーディション システムを参加者に指示します。
      メモ: 左右逆オーディションへの適応から回復過程を検討するために知覚と行動の変化についてフォロー アップすることが重要ですも。
  2. 逆オーディションに露光中にニューロ イメージング
    1. 可能な限り十分にイメージング実験時に使用するタスクを訓練する参加者に指示します。
      1. たとえば、2 つの条件で選択反応時間課題、互換性がある15を実行する参加者を教育します。互換性の条件左人差し指と左耳の音と右人差し指と右耳の音にすぐに応答で構成されます。互換性のない状態に左人差し指と右耳の音と右人差し指と左耳の音にすぐに応答で構成されます。
      2. 0.1 の 65 dB SPL の 1000 Hz の音を使用してどちらかの耳の側に割り当てる表示 2.5-3.5 s の刺激間間隔で s。
    2. 逆オーディションへの暴露, 前に訓練されたタスクの下神経イメージング研究実験を行います。
      1. たとえば、選択反応時間とタスク15下左と右の指の応答と同様、メガ、脳波の反応を記録します。タスクは、2 つの互換性と、少なくとも 30 のブロック間間隔で並べ、また 2 つの互換性のないブロック s とプラスチック耳管に挿入されたイヤホンからブロックごとに 80 倍に表示される音。
        注: 青山・栗木15122 チャンネル脳磁計を用いて、多チャンネル脳波システムはまたこのプロトコルに適した。
      2. メグ/脳波記録、1 kHz と 0.03-200 Hz でアナログ記録通過でサンプリング レートを設定します。
    3. 逆オーディションに露出、約 1 ヶ月の間に事前暴露実験 (ステップ 3.2.2) のようにまったく同じ方法で毎週逆オーディション システムにニューロ イメージング実験訓練を受けた作業を行います。
      注: システムが直前に削除され、各実験の直後後に置きます。
    4. 曝露後 1 週間は、前の曝露実験 (ステップ 3.2.2) とまったく同じ方法で訓練されたタスクの下神経イメージング研究実験を行います。
    5. 左右逆オーディションへの暴露の前後中に、は、収集したデータを分析します。
      1. たとえば、目関連の項目で汚染された新紀元を拒否した後前の刺激間隔でオフセットを削除して低域 40 Hz でフィルターを設定平均前に、100 ms から 500 ms にメグ/脳波データの音の発症後、刺激応答互換性がある条件15。
      2. 営みを使用してソフトウェア パッケージ19、20、大脳皮質表面の画像にオーバーレイ動的統計的パラメトリック マップ (dSPMs) を用いた脳活動の源を推定し、脳活動の強度を定量化最小ノルムは、平均化されたデータの各時点の (多国籍企業) を見積もりします。
      3. 条件ごとに音の発症後 90 から 500 ms に単一試行ゼロ平均メグ/脳波データから聴覚-運動の機能的結合を計算します。
        注: ここで使用 多変量グレンジャー因果関係ツールボックス21で MATLAB。
      4. 行動データの刺激応答の互換性がある条件の平均反応時間を計算します。

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結果

ここに示した代表的な結果は、青山と栗城の15に基づいています。この議定書は、時空間精度の高い左右逆オーディションを達成しました。図 1は、音源定位方向 360 ° 以上前に、と 6 人の参加者で左右逆のオーディション システム (図 1 a) にかけての直後にコサイン類似度によって示されるようにです。<...

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ディスカッション

小説の音環境への人間の適応性の覆いを取るための効果的なツールとして左右逆オーディションへの適応を研究するための方法論の確立を目指した提案プロトコル。代表的な結果によって証明されるよう構築された装置は時空間精度の高い左右逆オーディションを達成しました。360 ° サウンド ソースの高性能ものの逆オーディション11,12,<...

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開示事項

著者は、何を開示します。

謝辞

この作品は、日本学術振興会科研費助成番号 JP17K00209 からの助成金によって部分的に支持されました。著者は、テクニカル サポートの干野隆之、重田和弘を感謝します。

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資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Linear pulse-code-modulation recorderSonyPCM-M10
Binaural microphonesRolandCS-10EM
Binaural in-ear earphonesEtymotic ResearchER-4B
Digital angle protractorWenzhou Sanhe Measuring Instrument5422-200
Plane-wave speakerAlphagreenSS-2101
Video cameraSonyHDR-CX560
MATLABMathworksR2012a, R2015aR2012a for stimulation and R2015a for analysis
Psychophysics ToolboxFreeVersion 3http://psychtoolbox.org
Insert earphonesEtymotic ResearchER-2
Magnetoencephalography systemNeuromagNeuromag-122 TM
Electroencephalography systemBrain Productsacti64CHamp
MNEFreeMNE Software Version 2.7,
MNE 0.13		https://martinos.org/mne/stable/index.html
The Multivariate Granger Causality ToolboxFreemvgc_v1.0http://www.sussex.ac.uk/sackler/mvgc/

参考文献

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